操作系统实验报告 (5)

实验名称：存储管理

学号班级姓名

1 实验目的：

存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。

本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的技术特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。

2 实验预备内容：

（1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成：

①50%的指令是顺序执行的；

②50%的指令是均匀分布在前地址部分；

③50%的指令是均匀分布在后地址部分。

具体的实施方法是：

①在 [0，319] 的指令之间随即选取一起点m;

②顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；

③在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m′；

④顺序执行一条指令，其地址为 m′+ 1；

⑤在后地址[m′+ 2，319]中随机选取一条指令并执行；

⑥重复上述步骤①-⑤，直到执行320次指令。

（2）将指令序列变换为页地址流

设：①页面大小为1k；

②用户内存容量为4页到32页；

③用户虚存容量为32k。

在用户虚存中，按每k存放10条指令排在虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：

第0条-第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）；

第10条-第19条指令为第一页（对应虚存地址为[10，19]）；

……

第310条~第319条指令为第31页（对应虚地址为[310，319]）。

按以上方式，用户指令可组成32页。

（3）计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。

①先进先出的算法（FIFO）；

②最近最少使用算法（LRR)；

③最佳淘汰算法（OPT）先淘汰最不常用的页地址；

④最少访问页面算法（LFR）；

⑤最近最不经常使用算法（NUR）。

其中③和④为选择内容。

命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

在本实验中，页地址流长度为320，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。

3、随机数产生办法，Linux或UNIX系统提供函数strand()和rand(),分别进行初始化和产生随机数。例如：

srand ();

语句可初始化一个随机数；

a[0]=10*rand()/65535*319+1;

a[1]=10*rand()/65535*a[0];

语句可用来产生a[0]与a[1]中的随机数。

3 实验内容：

<任务>

设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用下列算法计算访问命中率.

（1）进先出的算法（FIFO）

（2）最近最少使用的算法（LRU）

（3）最佳淘汰算法(OPT)

（4）最少访问页面算法(LFU)

（5）最近最不经常使用算法(NUR)

命中率=(1-页面失效次数)/页地址流长度

4 实验步骤:

本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即首先用srand()和rand()函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。相关定义如下：

1 数据结构

(1)页面类型

typedef struct{

int pn,pfn,counter,time;

}pl-type;

其中pn 为页号,pfn为面号, counter为一个周期内访问该页面的次数, time为访问时间.

(2) 页面控制结构

pfc-struct{

int pn,pfn;

struct pfc_struct *next;

}

typedef struct pfc_struct pfc_type;

pfc_type pfc_struct[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;

pfc_type *busypf_tail;

其中pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构,

*freepf_head为空页面头的指针,

*busypf_head为忙页面头的指针,

*busypf_tail为忙页面尾的指针.

2．函数定义

（1）Void initialize( ):初始化函数,给每个相关的页面赋值.

（2）Void FIFO( ):计算使用FIFO算法时的命中率.

（3）Void LRU( ):计算使用LRU算法时的命中率.

（4）Void OPT( ):计算使用OPT算法时的命中率.

（5）Void LFU( ):计算使用LFU算法时的命中率.

（6）Void NUR( ):计算使用NUR算法时的命中率.

3.变量定义

(1)int a[total_instruction]: 指令流数据组.

(2)int page[total_instruction]: 每条指令所属的页号.

(3)int offset[total_instruction]: 每页装入10条指令后取模运算页号偏移值.

(4)int total_pf: 用户进程的内存页面数.

(5)int disaffect: 页面失效次数.

4.程序参考源码及结果

<程序>

#define TRUE 1

#define FALSE 0

#define INVALID -1

#define NULL 0

#define total_instruction 320 /*指令流长*/

#define total_vp 32 /*虚页长*/

#define clear_period 50 /*清0周期*/

typedef struct /*页面结构*/

{

int pn; //页号 logic number

int pfn; //页面框架号 physical frame number

int counter; //计数器

int time; //时间

}pl_type;

pl_type pl[total_vp]; /*页面线性结构---指令序列需要使用地址*/

typedef struct pfc_struct /*页面控制结构，调度算法的控制结构*/ {

int pn;

int pfn;

struct pfc_struct *next;

}pfc_type;